Welche Herausforderungen galt es zu lösen und welcher konkrete Nutzen ergab sich?

Die besondere Herausforderung besteht in der Entwicklung wandlungsfähiger Produktions- und Materialflusssysteme als Alternative zum Fließbandprinzip. Für den Anwender resultiert der Nutzen einer wirtschaftlichen, skalierbaren Produktion von Kleinserien mit hohem Individualisierungsanteil zur performanten und effizienten Adaptierung an kurzfristige Produktionsänderungen (u.a. Maschinenausfälle). „In der 'Industrie 4.0' geht es […] auch um Effizienz, weil wir ohne eine hoch effiziente Produktion im globalen Wettbewerb nicht mithalten können. Diesbezüglich dient das Projekt „SMART FACE“ dazu, Fabrikstrukturen an die Anforderungen von Kleinserien anzupassen, um eine hoch flexible Planung und Steuerung der Fertigung zu erreichen.“ Sigmar Gabriel (SPD), Bundesminister für Wirtschaft und Energie [in: Visionen und Geschäftsmodelle - Neuer Standard »Industrie 4.0«; Unternehmermagazin, Ausgabe 3-4, 2015, S.22; Unternehmer Medien GmbH, Bonn]

Die Notwendigkeit des F&E-Projektes resultiert aus der sich durchsetzenden Wende zu immer kürzeren Produktionszyklen, mehr Individualisierung bei gleichzeitiger Produktionssteigerung. Heutige Konzepte einer variantenreichen Fließproduktion in der Automobilindustrie basieren auf einer umfassenden IT-Infrastruktur für die zentrale Produktionsplanung und -steuerung in Kombination mit zwar hocheffizienten, aber starren Montagelinien. Die gegebenen Konzepte stehen im Konflikt mit den Anforderungen an eine hochflexible, wandlungsfähige Produktion von Kleinserien.

Wie lässt sich der Industrie 4.0-Lösungsansatz beschreiben?

Zentraler Lösungsansatz ist die Erarbeitung einer innovativen "schlanken" Produktionsprogrammplanung und dezentralen Produktionssteuerung sowie die Identifizierung substanziierter wirtschaftlicher Entkopplungsgrade zwischen Planung und Steuerung. Dies beinhaltet die Entwicklung smarter Sensorik und wandlungsfähiger Aktorik für eine CPS-gestützte Produktion. Die im Konsortium beteiligten Automobilproduzenten bzw. -zulieferer werden in die Konzeptentwicklung direkt integriert. Die praktische Umsetzung der Projektergebnisse erfolgt durch industrienahe Demonstratoren.

Was konnte erreicht werden?

Das Projekt befindet sich bis Oktober 2016 in Bearbeitung. Bereits zur Projekthälfte (April 2015) konnten jedoch grundlegende konzeptionelle und technische Projektbestandteile erarbeitet, zusammengeführt und zugleich der Öffentlichkeit präsentiert werden. Der sogenannte „Minidemonstrator“ ermöglicht es, die Potentiale und das Systemverhalten einer wandlungsfähigen und selbststeuernden Fahrzeugmontage praktisch nachzuvollziehen. In einer miniaturisierten Ausführung sichern Fahrerlose Transportfahrzeuge autonom den Transport von Bauteilen und Miniaturkarossen zwischen flexibel miteinander „verbundenen“ Montagestationen. Der Minidemonstrator wurde auf der HMI 2015 auf dem Stand des BMWi präsentiert. Gerade die im Vergleich zur Fließbandproduktion verbesserte Reaktionsfähigkeit auf Störeinflüsse, wie etwa Maschinenausfälle, wurde veranschaulicht. Die differenzierte Analyse damit verbundener Potentiale, wie z. B. der Termintreue, ist ebenfalls Gegenstand der zum Projektabschluss zu finalisierenden „Maxidemonstratoren“.

Mit welchen Maßnahmen wurde die Lösung erreicht?

Ausgehend von der Vision von SMART FACE zur Erarbeitung tragfähiger Konzepte zum Aufbau einer Smart Factory, in der beispielsweise Montage- und zu bearbeitende Teile ihren eigenen, optimalen Weg durch den Produktionsfluss finden, wurden hierfür relevante Zielgrößen identifiziert und priorisiert. Im Leitbild dieser Kenngrößen konnten Mechanismen zur Entkopplung zwischen zentraler Planung und dezentraler Steuerung erarbeitet werden. Über das entworfene Prinzip des Volumentakts konnte eine erste erfolgversprechende Flexibilisierung der bisher festen Taktung im Rahmen der Planungsebene erzielt werden. Auf einer weiteren Ebene wurden Mechanismen entworfen, um Produktionsaufträge an ein sich selbstorganisierendes Netzwerk von cyberphysischen Systemen (CPS) weiterzugeben und über dieses abzuarbeiten. Hierbei steht die Entwicklung einer kommunikationsorientierten Middleware sowie smarter Sensorik und adaptiver Aktorik im Fokus der Entwicklung. Der aktuelle Projektstatus konnte zudem bereits frühzeitig in einen sogenannten „Minidemonstrator“ integriert werden und erlaubte damit, die Ergebnisse einer breiten Öffentlichkeit zu veranschaulichen.

Was können andere davon lernen?

Die Bearbeitung hoch relevanter Forschungsfragen setzt die Mitarbeit von Forschungspartnern auf industrieller, institutioneller und universitärer Seite voraus. Nur dies garantiert, dass die Herausforderungen im Fokus der realen Gegebenheiten bearbeitet werden, moderne Methoden gemäß dem Stand der Technik Einzug in das Vorhaben finden und ein stimmiger Lösungsansatz zur Verfügung steht. Daher wurde beispielsweise der Ist-Zustand der vorliegenden Montage- und Zulieferprozesse bei der Volkswagen AG und Continental AG analysiert und im Hinblick auf eine Kompatibilität mit der Vision der Smart Factory überprüft. In vergleichbarer Form konnten über die SICK AG, die Technische Universität Dortmund und das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik neuartige Mechanismen für Intelligente Sensoren und über die Verbundpartner F/L/S Fuzzy Logik Systeme GmbH und Lanfer Automation GmbH & Co.KG, Logata Digital Solutions GmbH moderne Konzepte zur Simulation und Steuerung für das Vorhaben erarbeitet werden. Dabei ist ein kontinuierlicher, intensiver Austausch (u.a. auch regelmäßige Telefonkonferenzen, Workshops) zwischen den Partnern der Schlüssel zum Erfolg. Dies ermöglicht auch, eventuell vorhandene Barrieren zu überwinden und auf allen Seiten einen Mehrwert zu erzielen.